CN110464939A - 呼吸支持设备氧浓度控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种呼吸支持设备氧浓度控制装置，包括空气进气支路、氧气进气支路、储气单元以及出气支路，空气进气支路包括空气进气气道、依次设置于空气进气气道上的第一进气口、第一流量传感器、第一压力传感器、涡轮以及第一出气口；氧气进气支路包括氧气进气气道、依次设置于氧气进气气道上的第二进气口、第一比例阀、第二流量传感器、第二压力传感器以及第二出气口，出气支路包括出气气道、依次设置于出气气道上的第三进气口、第二比例阀、第三压力传感器以及第三出气口。本发明还公开一种呼吸支持设备氧浓度控制方法。与相关技术相比，本发明的呼吸支持设备氧浓度控制装置及方法氧浓度控制精度更高。

Description

呼吸支持设备氧浓度控制装置及方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种呼吸支持设备氧浓度控制装置及方法。
背景技术
部分如呼吸机一类的呼吸支持设备具空氧混合功能，其空气和氧气是通过两路气路进入涡轮，由涡轮控制空气进气量，由比例阀控制氧气进气量，呼吸支持设备根据氧气流量传感器检测的氧气流量值和空气流量传感器检测的空气流量值，分别计算氧气和空气的体积，再计算氧浓度，进而对比计算的氧浓度与目标氧浓度,从而相应调节涡轮和/或比例阀实现对氧浓度的控制。
但现有的呼吸支持设备氧浓度控制存在如下不足：一是在用户吸气的过程中，流量一直在变化，从而氧气的流量和空气的流量都需要实时控制，而且涡轮既要维持输出气体的压力，又要调节空气进气量，很难兼顾氧浓度的精度；二是呼吸支持设备计算氧浓度时候只考虑空气和氧气的流量与时间的关系，不考虑测试流量时的压力，但根据气体压力和体积的关系，一定质量的气体随着压力的增大，气体体积减小，如果空气和氧气经过其对应流量传感器时压力不同，根据流量计算的氧浓度就存在误差，从而造成氧浓度控制不准。因而现有技术中的呼吸支持设备氧浓度控制存在氧浓度控制精度较差的不足。
因此，实有必要提供一种新的呼吸支持设备氧浓度控制装置及方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种氧浓度控制精度更高的呼吸支持设备氧浓度控制装置及方法。
本发明提供一种呼吸支持设备氧浓度控制装置，所述呼吸支持设备氧浓度控制装置包括空气进气支路、氧气进气支路、储气单元以及出气支路，所述空气进气支路包括空气进气气道、沿靠近所述储气单元的方向依次设置于所述空气进气气道上的第一进气口、第一流量传感器、第一压力传感器、涡轮以及第一出气口；所述氧气进气支路包括氧气进气气道、沿靠近所述储气单元的方向依次设置于所述氧气进气气道上的第二进气口、第一比例阀、第二流量传感器、第二压力传感器以及第二出气口，所述出气支路包括出气气道、沿远离所述储气单元的方向依次设置于所述出气气道上的第三进气口、第二比例阀、第三压力传感器以及第三出气口，所述空气进气支路通过所述第一出气口与所述储气单元相连通，所述氧气进气支路通过所述第二出气口与所述储气单元相连通，所述出气支路通过所述第三进气口与所述储气单元相连通。
优选的，所述储气单元为储气囊。
优选的，所述呼吸支持设备氧浓度控制装置还包括设置于所述储气囊内用于打开和关闭所述第一出气口并防止所述储气囊内的气体向所述空气进气支路回流的单向导通片。
优选的，所述单向导通片通过铰接方式固定于所述储气囊的内壁上，所述单向导通片为硅胶片。
优选的，所述呼吸支持设备氧浓度控制装置还包括设置于所述空气进气气道上并位于所述涡轮与所述储气单元之间单向导通模块，所述单向导通模块包括转接块以及硅胶片，所述转接块内凹设有导通腔，所述导通腔将所述空气进气气道分隔成两部分并导通所述空气进气气道，所述硅胶片铰接固定于所述导通腔内用于打开和关闭所述空气进气气道。
优选的，所述储气囊的气体容积不小于300ml。
本发明还提供一种呼吸支持设备氧浓度控制方法，提供本发明所述的呼吸支持设备氧浓度控制装置，所述方法包括如下步骤:
S1、读取用户设定的氧浓度；
S2、计算达到用户设定的氧浓度所需的氧气流量和空气流量；
S3、根据所述第一流量传感器检测的所述空气进气气道内的空气流量值，调整所述涡轮的功率，达到所需要的空气流量，根据所述第二流量传感器检测的所述氧气进气气道内的氧气流量值，控制所述第一比例阀，调整所述第一比例阀占空比，达到所需要的氧气流量；
S4、根据所述第三压力传感器检测的所述出气气道内的压力，控制所述第二比例阀，调整所述第二比例阀占空比，达到用户设定的压力值。
优选的，步骤S2中，根据N氧＝(V’氧+0.21*V空)/(V’氧+V空)计算所需的氧气流量和空气流量，N氧为用户设定的氧浓度，V’氧＝V氧*P氧/P空，其中，P氧为所述第二压力传感器检测的所述氧气进气气道内的实时压力值，P空为所述第一压力传感器检测的所述空气进气气道内的实时压力值，f氧为所需的氧气流量，f空为所需的空气流量，t为采样周期。
优选的，所述采样周期t为10ms。
与现有技术相比，本发明提供的呼吸支持设备氧浓度控制装置，将气体输出压力控制和氧浓度控制两部分独立，互不影响，避免因输出气体流量不稳而造成氧浓度精度的下降；通过流量传感器测量空气和氧气流量的同时通过压力传感器检测氧气和空气经过流量传感器时的压力，根据流量和时间分别计算出空气和氧气的体积，根据气体体积和压力的关系，将氧气和空气的体积转换在同一压力下再计算氧气浓度，避免由于压力不同造成测量的两种气体体积的差异，提高了计算氧浓度的精度，从而更进一步提升了氧浓度控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明呼吸支持设备氧浓度控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，本发明提供一种呼吸支持设备氧浓度控制装置，所述呼吸支持设备氧浓度控制装置包括空气进气支路1、氧气进气支路2、储气单元3以及出气支路4。
所述空气进气支路1包括空气进气气道11、沿靠近所述储气单元3的方向依次设置于所述空气进气气道11上的第一进气口12、第一流量传感器13、第一压力传感器14、涡轮15以及第一出气口16。其中，所述第一进气口12用于接通空气源，为所述空气进气支路1接入空气并输往所述储气单元3。
所述氧气进气支路2包括氧气进气气道21、沿靠近所述储气单元3的方向依次设置于所述氧气进气气道21上的第二进气口22、第一比例阀25、第二流量传感器23、第二压力传感器24以及第二出气口26。其中，所述第二进气口22用于接通氧气源，为所述氧气进气支路2接入氧气并输往所述储气单元3。
所述出气支路4包括出气气道41、沿远离所述储气单元3的方向依次设置于所述出气气道上的第三进气口42、第二比例阀45、第三压力传感器44以及第三出气口46。其中，所述第三进气口42用于接通所述储气单元3，将所述储气单元3内的气体通过所述出气气道41经由所述第三出气口46输送给呼吸支持设备的用户。
所述空气进气支路1通过所述第一出气口16与所述储气单元3相连通，所述氧气进气支路2通过所述第二出气口26与所述储气单元3相连通，所述出气支路4通过所述第三进气口42与所述储气单元3相连通。
本发明提供的呼吸支持设备氧浓度控制装置改变了现有呼吸支持设备的空氧混合气道结构，将所述涡轮15设置于所述空气进气支路1上，只控制空气进气量，调节所述涡轮15的功率可以改变空气进气量，所述涡轮15工作功率越大，空气进气量越大，调节所述第一比例阀25控制氧气的进气量，空气和氧气进入所述储气单元3达到用户设定的氧浓度后，调节所述第二比例阀45可按用户设定的压力输出对应流量的气体。
设置于所述空气进气支路1上的所述第一流量传感器13可以实时检测所述空气进气支路1的流量、所述第一压力传感器14可以实时检测所述空气进气支路1的压力；设置于所述氧气进气支路2上的第二流量传感器23可以实时检测所述氧气进气支路2的流量、所述第二压力传感器24可以实时检测所述氧气进气支路2的压力；设置于所述出气支路4上的第三压力传感器44可以实时检测所述出气支路4的压力。
通过所述第一流量传感器13和所述第一压力传感器14检测的数据可以计算出相应压力下的空气体积，通过所述第二流量传感器23和所述第二压力传感器24可以计算出相应压力下的氧气体积，然后换算出同一压力下的氧气体积，再计算得到氧浓度，将用户设定的目标氧浓度代入为计算得到的氧浓度即可反推得到所需的空气流量和氧气流量。从而在所述储气单元3内形成了用户设定的目标氧浓度，只需根据所述第三压力传感器44检测的压力数据调节所述第二比例阀45即可输出满足用户设定氧浓度和设定压力需求的气体。由此，所述涡轮15只需要控制所述空气的进气量，无需兼顾进入所述空气进气支路1的空气压力，输出气体的压力控制和氧浓度控制相互独立，避免因输出气体流量不稳而造成氧浓度控制精度的下降，从而有效提升了氧浓度控制精度；又由于所述空气进气支路和所述氧气进气支路的相对独立的设置形式以及两支路上相应压力传感器的配备，综合考虑了压力对氧浓度控制精度的影响，使氧浓度的计算更为精确，因而更进一步提升了氧浓度控制精度。
本实施方式中，所述储气单元3为储气囊，从而，既兼顾了成本，又提供了良好的实用性能。当然，所述储气单元3还可以为其它如储气罐一类储气物品。
本实施方式中，所述呼吸支持设备氧浓度控制装置还包括设置于所述储气囊内用于打开和关闭所述第一出气口16并防止所述储气囊内的气体向所述空气进气支路1回流的单向导通片(未图示)。
具体的，在所述涡轮15未往所述储气单元3输送空气时，所述单向导通片在重力作用下遮覆所述第一出气口16，即关闭所述第一出气口16，防止所述储气单元3内的气体向所述空气进气支路1回流；当所述涡轮15往所述储气单元3内输送空气时，在正压空气的作用下，会吹起所述单向导通片，所述单向导通片不再遮覆所述第一出气口16，即打开所述第一出气口16，所述涡轮15可往所述储气单元3内正常输送空气。
在用户需要100％氧浓度时，所述储气单元3内不再需要所述涡轮15提供空气，所述涡轮15停止工作，由所述氧气进气支路2往所述储气单元3内供应氧气，由于所述涡轮15不工作无法提供正压空气，所述储气单元3内的部分氧气会流向所述空气进气支路1，从而造成氧气的浪费，所述单向导通片的设置则有效防止了氧气的浪费。
具体的，所述单向导通片通过铰接方式固定于所述储气囊的内壁上，所述单向导通片为硅胶片。通过铰接方式固定所述单向导通片便于所述单向导通片被正压空气吹起，所述单向导通片为硅胶片，由于硅胶片较轻，经久耐用，既便于所述单向导通片被正压空气吹起，又提升了所述单向导通片的使用寿命。
可行的，所述呼吸支持设备氧浓度控制装置还包括设置于所述空气进气气道11上并位于所述涡轮15与所述储气单元3之间单向导通模块，所述单向导通模块包括转接块17以及硅胶片171，所述转接块17内凹设有导通腔(未图示)，所述导通腔将所述空气进气气道11分隔成两部分并导通所述空气进气气道11，所述硅胶片171铰接固定于所述导通腔内用于打开和关闭所述空气进气气道1。可见，所述单向导通模块与所述单向导通片的作用相同，当然，所述单向导通模块还可以是其它的实现方式。
本实施方式中，所述储气囊的气体容积不小于300ml。在储气囊设计时，一般要保证其内部气体容积至少可以支持用户的1次呼吸用气量需求，本实施方式选择储气囊的内部气体容积至少可以支持用户的3次呼吸用气量需求，这样用户吸气时候，完全可以由储气囊供气，同时储气囊所占空间较小，涡轮功率的大小不再影响输出气体压力。根据成人的潮气量400-1000ml，呼吸频率12-20，选择最大潮气量1000ml以及最大呼吸频率20为依据设计储气囊，成人需要的吸气压力在4-30cmH2O之间，根据气体压力和体积的关系：P1*V1＝P2*V2，P1为储气囊内压力，由于本实施方式选择储气囊的内部气体容积至少可以支持用户的3次呼吸用气量需求，因而取P1＝100cmH2O，V1为储气囊气体容积，P2为用户最大吸气压力，取30cmH2O，V2为用户最大吸气潮气量，取1000ml，从而计算出V1＝300ml。
本发明还提供一种呼吸支持设备氧浓度控制方法，其提供本发明所述的呼吸支持设备氧浓度控制装置，所述方法包括如下步骤:
S1、读取用户设定的氧浓度；
S2、计算达到用户设定的氧浓度所需的氧气流量和空气流量；
S3、根据所述第一流量传感器检测的所述空气进气气道内的空气流量值，调整所述涡轮的功率，达到所需要的空气流量，根据所述第二流量传感器检测的所述氧气进气气道内的氧气流量值，控制所述第一比例阀，调整所述第一比例阀占空比，达到所需要的氧气流量；
S4、根据所述第三压力传感器检测的所述出气气道内的压力，控制所述第二比例阀，调整所述第二比例阀占空比，达到用户设定的压力值。
本实施方式中，步骤S2中，根据N氧＝(V’氧+0.21*V空)/(V’氧+V空)计算所需的氧气流量和空气流量，N氧为用户设定的氧浓度，V’氧＝V氧*P氧/P空，其中，P氧为所述第二压力传感器检测的所述氧气进气气道内的实时压力值，P空为所述第一压力传感器检测的所述空气进气气道内的实时压力值，f氧为所需的氧气流量，f空为所需的空气流量，t为采样周期。
以对应的流量传感器作为反馈，控制所述涡轮和所述第一比例阀在储气囊内达到设定的氧气浓度。根据所述第三压力传感器检测的数值，通过控制所述第二比例阀控制输出气体的压力大小。因而输出气体的压力控制和氧浓度控制相互独立，避免因输出气体流量不稳而造成氧浓度精度的下降，同时引入压力参数，综合考虑了压力对氧浓度控制精度的影响，使氧浓度的计算更为精确，因而更进一步提升了氧浓度控制精度。
本实施方式中，所述采样周期t为10ms。从而，采样精度更高，该采样周期内的实时压力又可以认为是恒定不变，利于精确计算氧浓度。
与现有技术相比，本发明提供的呼吸支持设备氧浓度控制装置及方法，将气体输出压力控制和氧浓度控制两部分独立，互不影响，避免因输出气体流量不稳而造成氧浓度精度的下降；通过流量传感器测量空气和氧气流量的同时通过压力传感器检测氧气和空气经过流量传感器时的压力，根据流量和时间分别计算出空气和氧气的体积，根据气体体积和压力的关系，将氧气和空气的体积转换在同一压力下再计算氧气浓度，避免由于压力不同造成测量的两种气体体积的差异，提高了计算氧浓度的精度，从而更进一步提升了氧浓度控制精度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种呼吸支持设备氧浓度控制装置，其特征在于，所述呼吸支持设备氧浓度控制装置包括空气进气支路、氧气进气支路、储气单元以及出气支路，所述空气进气支路包括空气进气气道、沿靠近所述储气单元的方向依次设置于所述空气进气气道上的第一进气口、第一流量传感器、第一压力传感器、涡轮以及第一出气口；所述氧气进气支路包括氧气进气气道、沿靠近所述储气单元的方向依次设置于所述氧气进气气道上的第二进气口、第一比例阀、第二流量传感器、第二压力传感器以及第二出气口，所述出气支路包括出气气道、沿远离所述储气单元的方向依次设置于所述出气气道上的第三进气口、第二比例阀、第三压力传感器以及第三出气口，所述空气进气支路通过所述第一出气口与所述储气单元相连通，所述氧气进气支路通过所述第二出气口与所述储气单元相连通，所述出气支路通过所述第三进气口与所述储气单元相连通。
2.根据权利要求1所述的呼吸支持设备氧浓度控制装置，其特征在于，所述储气单元为储气囊。
3.根据权利要求2所述的呼吸支持设备氧浓度控制装置，其特征在于，所述呼吸支持设备氧浓度控制装置还包括设置于所述储气囊内用于打开和关闭所述第一出气口并防止所述储气囊内的气体向所述空气进气支路回流的单向导通片。
4.根据权利要求3所述的呼吸支持设备氧浓度控制装置，其特征在于，所述单向导通片通过铰接方式固定于所述储气囊的内壁上，所述单向导通片为硅胶片。
5.根据权利要求1所述的呼吸支持设备氧浓度控制装置，其特征在于，所述呼吸支持设备氧浓度控制装置还包括设置于所述空气进气气道上并位于所述涡轮与所述储气单元之间单向导通模块，所述单向导通模块包括转接块以及硅胶片，所述转接块内凹设有导通腔，所述导通腔将所述空气进气气道分隔成两部分并导通所述空气进气气道，所述硅胶片铰接固定于所述导通腔内用于打开和关闭所述空气进气气道。
6.根据权利要求1所述的呼吸支持设备氧浓度控制装置，其特征在于，所述储气囊的气体容积不小于300ml。
7.一种呼吸支持设备氧浓度控制方法，其特征在于，提供如权利要求1-6任一项所述的呼吸支持设备氧浓度控制装置，所述方法包括如下步骤:
S1、读取用户设定的氧浓度；
S2、计算达到用户设定的氧浓度所需的氧气流量和空气流量；
S3、根据所述第一流量传感器检测的所述空气进气气道内的空气流量值，调整所述涡轮的功率，达到所需要的空气流量，根据所述第二流量传感器检测的所述氧气进气气道内的氧气流量值，控制所述第一比例阀，调整所述第一比例阀占空比，达到所需要的氧气流量；
S4、根据所述第三压力传感器检测的所述出气气道内的压力，控制所述第二比例阀，调整所述第二比例阀占空比，达到用户设定的压力值。
8.根据权利要求7所述的呼吸支持设备氧浓度控制方法，其特征在于，步骤S2中，根据N氧＝(V’氧+0.21*V空)/(V’氧+V空)计算所需的氧气流量和空气流量，N氧为用户设定的氧浓度，V’氧＝V氧*P氧/P空，其中，P氧为所述第二压力传感器检测的所述氧气进气气道内的实时压力值，P空为所述第一压力传感器检测的所述空气进气气道内的实时压力值， f氧为所需的氧气流量，f空为所需的空气流量，t为采样周期。
9.根据权利要求8所述的呼吸支持设备氧浓度控制方法，其特征在于，所述采样周期t为10ms。
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